CN115231849B - 一种装饰混凝土用外加剂及其制备方法及装饰混凝土 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土制备的领域，具体公开了一种装饰混凝土用外加剂及其制备方法及装饰混凝土。装饰混凝土用外加剂包括硅树脂、丙烯酸酯乳液、过硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、三乙醇胺、木质素磺酸钙、改性硅灰、水；其制备方法为：混合、加热、二次混合、二次加热。本申请的装饰混凝土外加剂可用于制备装饰混凝土，其具有减少装饰混凝土开裂的可能，提高装饰混凝土品质的优点。

Description

一种装饰混凝土用外加剂及其制备方法及装饰混凝土
技术领域
本申请涉及混凝土生产的技术领域，更具体地说，它涉及一种装饰混凝土用外加剂及其制备方法及装饰混凝土。
背景技术
装饰混凝土是一种近年来流行的绿色环保地面材料，它能在原本普通的新旧混凝土表层，通过色彩、色调、质感、款式、纹理、机理和不规则线条的创意设计，图案与颜色的有机组合，创造出各种天然大理石、花岗岩、砖、瓦、木地板等天然石材铺设效果，具有图形美观自然、色彩真实持久、质地坚固耐用等特点。
装饰混凝土广泛应用于人行道、公园、广场、游乐场等室外的环境，在使用过程中，空气中的成分易与装饰混凝土表面发生反应，使装饰混凝土表面开裂，影响装饰混凝土的品质。
发明内容
为了减少装饰混凝土开裂的可能，提高装饰混凝土品质，本申请提供一种装饰混凝土用外加剂及其制备方法及装饰混凝土。
第一方面，本申请提供一种装饰混凝土用外加剂，采用如下的技术方案：
一种装饰混凝土用外加剂，包括以下重量份的原料：硅树脂5-21份、丙烯酸酯乳液5-15、过硫酸钠2-8份、脂肪醇聚氧乙烯醚1-3份、三乙醇胺32-40份、木质素磺酸钙2-10份、改性硅灰9-17份、水10-20份。
通过采用上述技术方案，硅树脂具有柔韧性、耐高低温性和耐老化的性能，且表面能低，使得制得的涂层表面不易积尘，耐沾污性好，丙烯酸酯乳液支撑的涂层具有粘附力强、平整、光滑和延伸性大的优点，将硅树脂与丙烯酸酯在过硫酸钠的引发作用和脂肪醇聚氧乙烯醚的乳化作用下聚合并形成涂层，提高了耐水性、透气性、抗颜料粉化性，同时改善了涂层粘度大和耐候性差的缺点，使制得的装饰性混凝土在室外的使用过程中不易侵蚀，减少表面褪色和开裂的可能，提高装饰混凝土的品质。
三乙醇胺分子中氮原子上的共用电子对易与金属离子形成共价键，并形成较为稳定的络合物，在溶液中形成可溶区，提高了水泥中水化产物的扩散速率，提高早期强度，同时形成的络合物促进硫铝酸钙在早期大量形成，在水泥浆硬化之前完成体积膨胀，提高混凝土的致密性，且硫铝酸钙形成消耗了铝酸三钙，减弱铝酸三钙水化物由非晶型向晶型转化，提高混凝土中后期强度，三乙醇胺抑制铝酸三钙和铝酸二钙早期水化过程，使水泥浆料结构更完整，保证了混凝土后期强度的提高。
木质素磺酸钙加入混凝土中，憎水基团定向吸附在水泥颗粒表面，使水泥颗粒均带有负电荷而相互斥离分散，水泥加水初期形成的絮状结构分散，将絮状结构凝聚体中的游离水释放，实现减水作用，同时木质素磺酸钙加入混凝土中，使游离水蒸发形成的毛细孔减少，改善了水泥孔隙结构的大小及分布，延长结晶生长速度，形成坚强的网状结构，提高混凝土的强度，且三乙醇胺和木质素磺酸钙均可作为水泥助磨剂，将三乙醇胺和木质素磺酸钙复合使用，减少水泥颗粒粒径减少产生的团聚现象，提高水泥粉磨的效率。
硅灰颗粒微小，具有高度的分散性，可充分填充在水泥颗粒之间的缝隙中，增加浆料硬化后的密实度，硅灰可将填料充分分散，使装饰混凝土的颜色分布更均匀，增加美观性，硅灰中含有大量的无定型二氧化硅，具有较高的火山灰活性，在水化产物强氧化钙的碱性激发下，硅灰中的二氧化硅与氢氧化钙发生二次水化反应，生成水化硅酸钙凝胶，同时硅灰的微集料特性，使生成的水化硅酸钙凝胶填充水泥浆料中的孔隙，提高混凝土的强度，硅灰改性后吸附性增强，减少结团现象，易于混合。
优选的，装饰混凝土用外加剂，包括以下重量份的原料：硅树脂10-16份、丙烯酸酯乳液8-12、过硫酸钠4-6份、脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5份、三乙醇胺34-38份、木质素磺酸钙4-8份、改性硅灰11-15份、水14-16份。
通过采用上述技术方案，优化各个原料的配比，使硅树脂与丙烯酸酯在过硫酸钠的引发作用和脂肪醇聚氧乙烯醚的乳化作用下进一步聚合，将其他原料包裹在形成的涂层中，尽量避免其他原料与空气中的油膏成分接触，减少装饰混凝土表面粉化和开裂的可能，提高装饰混凝土的品质。
优选的，所述硅树脂包括乙烯基三甲氧基硅烷4-6份和苯基氯硅烷4-6份，硅树脂由以下步骤制得：
将乙烯基三甲氧基硅烷和苯基氯硅烷加入水中，40-60℃下加热20-30h，冷却至室温，制得硅树脂。
通过采用上述技术方案，乙烯基三甲氧基硅烷与苯基氯硅烷制得聚甲基苯基有机硅树脂，提高了硅树脂的机械性能和硬度，进而使硅树脂与丙烯酸酯乳液聚合形成的涂层的机械性能增加，同时改善了聚甲基苯基有机硅树脂的硬度，使硅树脂与丙烯酸酯乳液聚合形成的涂层适用于装饰混凝土的使用环境，减少装饰混凝土开裂的可能，同时制得硅树脂的副产物氯化氢与过硫酸钠反应形成氯化钠，氯化钠与三乙醇胺作为复合早强剂，提高制得的装饰混凝土的早期强度。
优选的，所述硅树脂为硅树脂微粉。
通过采用上述技术方案，硅树脂微粉具有耐温性好、耐酸碱腐蚀、低膨胀的性能，悬浮性和分散性好，将硅微粉加入丙烯酸酯乳液中聚合并形成涂层，提高涂层的抗腐蚀性和耐高温性能，进而使装饰混凝土表面不易粉化和开裂，提高装饰混凝土的品质。
优选的，所述改性硅灰由乙烯基三甲氧基硅烷和硅灰按重量比(2-5)：100制得，改性硅灰的制备方法为：
在氮气环境下，将乙烯基三甲氧基硅烷和硅灰混合并加热至70-90℃，保温4-8h。
通过采用上述技术方案，将硅灰与乙烯基三甲氧基硅烷混合并加热，乙烯基三甲氧基硅烷上的基团与硅灰形成稳定的化学键合，将硅树脂微粉的不规则形状转变为规则的形状，减少硅树脂微粉的团聚现象。
优选的，所述脂肪醇聚氧乙烯醚为三羟甲基丙烷聚醚。
通过采用上述技术方案，三羟甲基丙烷聚醚作为硅树脂与丙烯酸酯乳液的乳化剂，分子中有疏水基和亲水基,能使硅树脂和丙烯酸酯均匀稳定地分散在水中而不分层，同时降低临界面张力,使硅树脂和丙烯酸酯易分散成小液滴，并在表面形成保护层,阻止凝聚，三羟甲基丙烷聚醚分子可形成胶束,而大量胶束的存在还可使硅树脂和丙烯酸酯溶解增加，同时，在制备装饰混凝土外加剂的过程中需升温处理，此时三羟甲基丙烷聚醚分解形成三羟甲基丙烷，可与三乙醇胺复合，有利于粉磨水泥颗粒，进一步增加制得的装饰混凝土强度。
第二方面，本申请提供一种装饰混凝土用外加剂的制备方法，采用如下的技术方案：
一种装饰混凝土用外加剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将丙烯酸酯乳液、过硫酸钠、三羟甲基丙烷聚醚混合，制得混合液；
S2、将硅树脂微粉溶于水中形成硅树脂乳液，通入氮气并将S1制得的混合液加入硅树脂乳液中，加热至70-90℃并保温，制得复合乳液；
S3、在S2制得的复合乳液中加入改性硅灰、三乙醇胺和木质素磺酸钙混合制得二次混合液；S4、将S3制得的二次混合液二次加热并保温，制得装饰混凝土用外加剂。
通过采用上述技术方案，将丙烯酸酯、过硫酸钠、硅树脂和三羟甲基丙烷聚醚混合并加热，从而使硅树脂和丙烯酸酯在过硫酸钠和三羟甲基丙烷聚醚的作用下形成硅丙乳液，将改性硅灰、三乙醇胺和木质素磺酸钙加入复合乳液中并加热，此时三乙醇胺与木质素磺酸钙形成疏水性的木质素多元醇，进一步将颜料进行分散，提高装饰混凝土的美观性。
优选的，所述S2步骤中，二次加热温度为160-170℃。
通过采用上述技术方案，控制二次加热温度为160-170℃，在升温的过程中，三羟甲基丙烷聚醚分解形成三羟甲基丙烷，增加水泥颗粒的粉磨效率，提高制得的装饰混凝土的强度，同时，当温度达到160-170℃时，三乙醇胺与木质素磺酸钙形成木质素多元醇，增加颜料的分散性，进一步提高装饰混凝土的美观性；当温度低于160℃时，三乙醇胺与木质素磺酸钙反应不完全，颜料的分散性差，影响装饰混凝土的美观性；当二次加热温度高于170℃时，木质素多元醇的生成率并未增加，继续加热易造成资源的浪费。
第三方面，本申请提供一种装饰混凝土，采用如下的技术方案：
一种装饰混凝土，包括以下步骤：
将外加剂与水泥混合并研磨，制得水泥粉磨料；
将粗集料、细集料和颜料加入水泥粉磨料中并混合，制得干混料；
向制得的干混料中加入水并混合，制得装饰混凝土。
通过采用上述技术方案，将装饰混凝土用外加剂加入装饰混凝土原料的过程中，将外加剂与水泥颗粒混合并粉磨，使外加剂在水泥颗粒粉磨的过程中提高水泥颗粒的粉磨效率，减少水泥颗粒团聚的可能，将水泥颗粒粉磨后将粗集料、细集料、颜料加入水泥颗粒中，并加入水拌和，使外加剂与装饰混凝土的原料充分混合，提高装饰混凝土的强度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、硅树脂与丙烯酸酯聚合，使制得的装饰性混凝土在室外的使用过程中不易侵蚀，减少表面褪色和开裂；三乙醇胺抑制铝酸三钙和铝酸二钙早期水化，并与金属离子形成络合物，提高混凝土早期和后期强度，提高混凝土的致密性；木质素磺酸钙实现减水作用，并使游离水蒸发形成的毛细孔减少，提高混凝土的强度，三乙醇胺和木质素磺酸钙提高水泥粉磨的效率；硅灰改性后吸附性增强，易于混合，填充在水泥颗粒之间的缝隙中，并将填料充分分散，硅灰与氢氧化钙生成水化硅酸钙凝胶，并使生成的水化硅酸钙凝胶填充水泥浆料中的孔隙，提高混凝土的强度。
2、乙烯基三甲氧基硅烷与苯基氯硅烷制得聚甲基苯基有机硅树脂，提高了硅树脂的机械性能和硬度，进而使硅树脂与丙烯酸酯乳液聚合形成的涂层的机械性能增加，同时改善了聚甲基苯基有机硅树脂的硬度，使硅树脂与丙烯酸酯乳液聚合形成的涂层适用于装饰混凝土的使用环境，减少装饰混凝土开裂的可能。
3、三羟甲基丙烷聚醚能使硅树脂和丙烯酸酯均匀稳定地分散在水中而不分层，降低临界面张力,阻止凝聚，可形成胶束,而大量胶束的存在还可使硅树脂和丙烯酸酯溶解增加，在制备装饰混凝土外加剂的过程中需升温处理，此时三羟甲基丙烷聚醚分解形成三羟甲基丙烷，可与三乙醇胺复合，有利于粉磨水泥颗粒，增加制得的装饰混凝土强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料
本申请实施例中使用的原料均可通过市售获得。
制备例
制备例1
一种硅树脂，其制备方法为：
将4kg乙烯基三甲氧基硅烷和6kg苯基氯硅烷加入水中，50℃下加热25h，冷却至室温，制得硅树脂。
制备例2
与制备例1不同的是，制备例2中加入5kg乙烯基三甲氧基硅烷和5kg苯基氯硅烷。
制备例3
与制备例1不同的是，制备例3中加入6kg乙烯基三甲氧基硅烷和4kg苯基氯硅烷。
制备例4
与制备例2不同的是，制备例4中用等量的乙烯基三甲氧基硅烷替换苯基氯硅烷。
制备例5
一种改性硅灰，其制备方法为：
在氮气环境下，将2kg乙烯基三甲氧基硅烷和100kg硅灰混合并加热至80℃，保温6h。
制备例6
与制备例5不同的是，制备例6中加入3.5kg乙烯基三甲氧基硅烷。
制备例7
与制备例5不同的是，制备例7中加入5kg乙烯基三甲氧基硅烷。
实施例
实施例1
一种装饰混凝土用外加剂，其制备方法为：
S1、将5kg丙烯酸酯乳液、8kg过硫酸钠、1kg三羟甲基丙烷聚醚混合，制得混合液；
S2、将21kg来自制备例1的硅树脂微粉溶于10kg水中形成硅树脂乳液，通入氮气并将S1制得的混合液加入制得的硅树脂乳液中，加热至80℃并保温，制得复合乳液；
S3、在S2制得的复合乳液中加入17kg来自制备例5的改性硅灰、32kg三乙醇胺和2kg木质素磺酸钙混合制得二次混合液；
S4、将S3制得的二次混合液二次加热至165℃并保温，制得装饰混凝土用外加剂。
实施例2-7
与实施例1不同的是，实施例2-7的原料配比及二次加热温度不同，详见表1。
表1实施例1-5的原料配比及二次加热温度
Figure BDA0003692932980000061
实施例8-10
与实施例6不同的是，实施例8-10中的硅树脂微粉来自制备例2-4。
实施例11-12
与实施例8不同的是，实施例10-11中的改性硅灰来自制备例5-6。
对比例
对比例1
与实施例1不同的是，对比例1中用等量的硅灰替换改性硅灰。
对比例2
与实施例1不同的是，对比例2中用等量的丙三醇替换三乙醇胺。
对比例3
与实施例1不同的是，对比例3中用等量的十二烷基磺酸钠替换三羟甲基丙烷聚醚。
应用例1
一种装饰混凝土，其制备方法为：
将实施例1中制得的装饰混凝土用外加剂与水泥混合并研磨，制得水泥粉磨料；
将粗集料、细集料、和颜料加入水泥粉磨料中并混合，制得干混料；
向制得的干混料中加入水并混合，制得装饰混凝土。
应用例2-12
与应用例1不同的是，应用例2-12中分别用等量来自实施例2-12中制得的装饰混凝土用外加剂制备装饰混凝土。
对比应用例1-3
与应用例1不同的是，对比应用例1-3中用等量来自对比例1-3中制得的装饰混凝土用外加剂制备装饰混凝土。
性能检测试验
针对应用例1-12和对比应用例1-3中制得的装饰混凝土进行如下的性能检测。性能检测包括装饰混凝土的抗压强度和抗折强度，检测数据见表2。
1.7d抗压强度和28d抗压强度
根据国标GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》的检测标准来检测制得的装饰混凝土的7d抗压强度和28d抗压强度。检测环境：22℃。
2.7d抗折强度和28d抗折强度
根据国标GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》的检测标准来检测制得的装饰混凝土的7d抗压强度和28d抗压强度。检测环境：22℃。
表2性能检测数据表
Figure BDA0003692932980000071
Figure BDA0003692932980000081
以下结合表2提供的检测数据，详细说明本申请。
结合对比应用例1-3和应用例1-12，结果发现，本申请应用例1-12中制得的装饰混凝土的7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度均优于对比应用例1-3，说明本申请的装饰混凝土用外加剂在提高制得的装饰混凝土的7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度方面表现更优。
应用例1-5中针对原料的添加配比进行了对比，结果发现，应用例3中得到的装饰混凝土的7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度更高，这说明应用例3中装饰混凝土用外加剂的原料配比更优。
结合应用例1和对比应用例1-3可以发现，对比应用例1用等量的硅灰替换改性硅灰，制得的装饰混凝土在7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度方面均低于应用例1；对比应用例2中用等量的丙三醇替换三乙醇胺，制得的装饰混凝土在7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度方面均低于应用例1；对比应用例3中用等量的十二烷基磺酸钠替换三羟甲基丙烷聚醚，制得的装饰混凝土在7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度方面均低于应用例1，这说明本申请选用的原料在提高装饰混凝土的7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度方面表现更优。
以应用例3为对照，本申请在应用例6、7中考察了二次加热温度的影响，结果发现，应用例6中得到的装饰混凝土的7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度更高，这说明应用例6中选用的二次加热温度在提高装饰混凝土的7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度方面表现更优。
以应用例6为对照，本申请在应用例8、9中考察了硅树脂微粉不同原料配比的影响，结果发现，应用例8中得到的装饰混凝土的7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度更高，这说明应用例8中选用的硅树脂微粉的原料配比在提高装饰混凝土的7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度方面表现更优。
以应用例8为对照，本申请在应用例10中考察了甲基硅烷制备硅树脂的影响，结果发现，应用例10中得到的装饰混凝土的7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度均低于应用例8，这可能是由于应用例8中选用乙烯基三甲氧基硅烷和苯基氯硅烷符合制备硅树脂，使制得的硅树脂同时具有乙烯基三甲氧基硅烷和苯基氯硅烷的性质，更有利于提高制得的装饰混凝土的7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度。
以应用例8为对照，本申请在应用例11、12中考察了改性硅灰不同原料配比的影响，结果发现，应用例11中得到的装饰混凝土的7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度更高，这说明应用例11中选用的改性硅灰的原料配比在提高装饰混凝土的7d抗压强度、7d抗折强度、28d抗压强度和28d抗折强度方面表现更优。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种装饰混凝土用外加剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：硅树脂5-21份、丙烯酸酯乳液5-15、过硫酸钠2-8份、脂肪醇聚氧乙烯醚1-3份、三乙醇胺32-40份、木质素磺酸钙2-10份、改性硅灰9-17份、水10-20份；所述硅树脂包括乙烯基三甲氧基硅烷4-6份和苯基氯硅烷4-6份，硅树脂由以下步骤制得：
将乙烯基三甲氧基硅烷和苯基氯硅烷加入水中，40-60℃下加热20-30h，冷却至室温，制得硅树脂；其中，所述硅树脂为硅树脂微粉；所述改性硅灰由乙烯基三甲氧基硅烷和硅灰按重量比（2-5）：100制得，改性硅灰的制备方法为：
在氮气环境下，将乙烯基三甲氧基硅烷和硅灰混合并加热至70-90℃，保温4-8h；所述脂肪醇聚氧乙烯醚为三羟甲基丙烷聚醚。
2.根据权利要求1所述的一种装饰混凝土用外加剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：硅树脂10-16份、丙烯酸酯乳液8-12、过硫酸钠4-6份、脂肪醇聚氧乙烯醚1.5-2.5份、三乙醇胺34-38份、木质素磺酸钙4-8份、改性硅灰11-15份、水14-16份。
3.权利要求1-2任一所述的装饰混凝土用外加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将丙烯酸酯乳液、过硫酸钠、三羟甲基丙烷聚醚混合，制得混合液；
S2、将硅树脂微粉溶于水中形成硅树脂乳液，通入氮气并将S1制得的混合液加入制得的硅树脂乳液中，加热至70-90℃并保温，制得复合乳液；
S3、在S2制得的复合乳液中加入改性硅灰、三乙醇胺和木质素磺酸钙混合制得二次混合液；
S4、将S3制得的二次混合液二次加热并保温，制得装饰混凝土用外加剂。
4.根据权利要求3所述的装饰混凝土用外加剂的制备方法，其特征在于：所述S4步骤中，二次加热温度为160-170℃。
5.一种用权利要求1-2任一所述的装饰混凝土用外加剂制备的装饰混凝土，其特征在于，装饰混凝土的制备方法包括以下步骤：
将所述外加剂与水泥混合并研磨，制得水泥粉磨料；
将粗集料、细集料和颜料加入水泥粉磨料中并混合，制得干混料；
向制得的干混料中加入水并混合，制得装饰混凝土。
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